hrvatski

Neki načini primjene geostatističkih analiza u hidrogeologiji

Prva primjena geostatistike bila je procjena koncentracije zlata u ležištu koju je razvio Krige (1951), a teorijsku razradu s općom geološkom primjenom prvi je razvio Matheron (1962, 1963, 1965). Principi geostatistike koriste se u raznim područjima geologije i drugim znanstvenim disciplinama. Upravo geostatističke metode daju dodatne podatke pri kreiranju ulaznih podataka što je ključno za uspješnu razradu modela. Naime, pri modeliranju bilo kojeg sustava, pa tako i sustava podzemnih voda vrijedi poznato GIGO (Garbage In Garbage Out) pravilo koje drugim rječima govori da model može dati zadovoljavajuće riješenje samo ukoliko su ulazni podaci korektno prikupljeni i analizirani. Novim geostatističkim pristupima temeljenim na uvjetnim simulacijama kategoričkih varijabli, mogu se geološke značajke terena kvantificirati korištenjem stohastičkih simulacija. Kao i kod "klasičnog" pristupa razmatranja geologije pri kojemu se u razmatranje uzimaju dostupni podaci, kako bi se uz razumijevanje geoloških odnosa na zadovoljavajući način stvorila slika određenog geološkog sustava istog načela moramo se držati i kod geostatističkih metoda. Takvim metodama razmatra se prostorna varijabilnost podataka i na taj način pokušava stvoriti slika sustava koja je geološki smislena. U protivnom ukoliko se nekritički pristupa takvim metodama i pokušava ih se iskoristiti da snagom svojh računalnih resursa u kombinaciji s grafičkim prikazima rezultata, koji su gotovo uvijek vrlo impresivni, riješe složeni sustavi kao što je geometrija heterogenih vodonosnika, njihova uporaba gubi svaki smisao. Najnovija istraživanja ležišta ugljikovodika (Smoljanović, Malvić, 2005) uporabom geostatističkih metoda također ukazuju da se geostatistika uspješno može primijeniti isključivo na područjima istraživanja za koje postoji dovoljan broj bušotinskih podataka. Jedinstvenost geostatistike ogleda se u korištenju regionaliziranih varijabli, koje predstavljaju sredinu između slučajnih varijabli i determinističkih varijabli. To se može promatrati kao metoda pretvaranja slučajnih varijabli u deterministički sustav s pratećim odstupanjem realnih podataka stohastičkog obilježja.Regionalizirane varijable opisuju pojave s geografskom distribucijom (npr. topografske visine). Iako takve pojave pokazuju prostorni kontinuitet nije moguće uvijek izmjeriti vrijednosti na svakoj lokaciji, stoga se nepoznate vrijednost procjenjuju iz dostupnih podataka korištenjem geostatističkih metoda. Postoje programska rješenja (EMS-I, 2002) koja temeljena na geostatističkim metodama, daju stohastičke simulacije bazirane na više jednako mogućih modela heterogenog vodonosnika, koji se zatim mogu usaglasiti s bušotinskim podacima. Upravo to je ključni moment u razradi heterogenih sredina, pa tako i vodonosnika, uporabom geostatističkih metoda. Naime, samo uz kombiniranje svih dostupnih podataka istraživanja, geofizike i bušotinskih podataka približavamo se realnom prikazu sustava, u protivnom ukoliko se oslonimo isključivo na ulazne podatke o vodonosnom sustavu dobivene nekim neizravnim metodama, a koji obično predstavljaju kontinuiran niz podataka koji je samim tim pogodan za uporabu geostatistike, udaljavamo se od realnog stanja sustava. Brojni su primjeri (Bredehoeft, 2005) u kojima su modelirana ponašanja sustava bitno odstupala od provjerene stvarnosti, a što je u pravilu bilo uzrokovano neuvažavanjem svih ulaznih podataka. Ta divergencija je bila tolika da se morala mijenjati osnovna koncepcija modela. zanemarivanjem svih ulaznih podataka što ponekad zahtjeva i samu promjenu konceptualnog modela. To je od izuzetne važnosti u slučajevima kada je građa terena tako složena, da je vrlo teško uspostaviti zadovoljavajuću korelaciju između pojedinih bušotina kako bi se dobili smisleni profili. Korištenjem metoda koje se zasnivaju na vjerojatnosti promjena (transition probability) moguće je analizirati prostornu raznolikost sustava u kojima nema toliko podataka koji bi omogućili tradicionalni pristup uz razvoj variograma. Metode stohastičke simulacije omogućavaju vezu između parametara modela i mjerljivih atributa koji za kategorične varijable mogu biti.: volumetrijski odnosi, srednje dužine (npr. srednja debljina u vertikalnom smjeru), na koji način se kategorije međusobno odnose u prostoru, smjerovi anizotropije i prostorne varijacije. Stohastičke simulacije mogu se uključiti u hidrauličke matematičke modele, a posebice su dragocjene u slučajevima kada je izražena heterogenost sustava. Uvažavanje te hetrogenosti omogućuje realne i potencijalno točnije simulacije npr. transporta zagađenja, upravo kroz simuliranje preferiranih smjerova tečenja uvjetovanih tankim lećama gline, pijeska ili nekih drugih tipova tla. Vjerojatnost promjene tjk(h) definirana je kao:tjk(h)=Pr{; ; k se pojavljuje na položaju x+h, ako se j pojavljuje na x}; ; , gdje je x prostorna lokacija, h separacijski vektor (lag), a j i k međusobno neovisne kategorije kao što su geološke jedinice ili facijesi. Drugim riječima definicija vjerojatnosti promjena može se izraziti kao vjerojatnost pojavljivanja facijesa k na lokaciji x+h ukoliko je drugi (ili isti) facijes j nazočan na lokaciji x, ili pak shematski. Vjerojatnost promjene temelji se na definiciji uvjetne vjerojatnosti Pr{; ; B'|A}; ; = , gdje A predstavlja {; ; j se pojavljuje na x}; ; , dok B' predstavlja {; ; k se pojavljuje na x+h}; ; (CARLE, 1999). U kreiranju stohastičkih modela kategoričkih varijabli posebice se primjenjuje i analiza korištenjem Markovljevih lanaca kojima se ostvaruje matamatički relativno jednostavan i praktičan pristup. U slučaju vremenskih nizova modeli Markovljevih lanaca predpostavljaju da budući događaji ovise o sadašnjosti, a ne o prošlim događajima. Slično tome kod prostornih aplikacija predpostavlja se prostorno pojavljivanje značajki koje ovise samo o najbližim podacima. Dosadašnja iskustva su pokazala da se heterogenosti sustava mogu riješiti osrednjivanjem koja su obično najbrža, no često nisu i najtočnija riješenja. Složene heterogenosti hidrogeoloških sustava bolje se opisuju prostornom varijabilnosti temeljenom na geostatističkim metodama Pri tom treba imati na umu da sve dok se takvi prikazi ne verificiraju lokalnim manifestacijama i mjerenjima ostaje ozbiljno pitanje razvitka metode ili načina njene primjene. (Marsily et al., 2005).

hidrogeologija; geostatistika; heterogenost; vodonosnik

nije evidentirano